Metabolismo Catabolismo Oxidación-reducción - psicobiologia
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30/09/2009<br />
Clase 5. Energética celular: nutrición y<br />
metabolismo<br />
¿Qué permite a los seres vivos tener conductas?<br />
1. Los organismos vivos: Estructura y función.<br />
2. <strong>Metabolismo</strong><br />
1. <strong>Oxidación</strong> –<strong>reducción</strong>.<br />
2. Energía libre. Velocidad de reacción.<br />
3. Las enzimas. Regulación de la actividad<br />
enzimática.<br />
4. Obtención de energía a partir de los alimentos<br />
Estructura sencilla<br />
(libera energía)<br />
La entropía del universo<br />
tiende a aumentar.<br />
Estructura muy compleja y<br />
organizada (consume<br />
energía)<br />
Para que las células sean capaces de<br />
generar y mantener un orden interno en un<br />
universo que tiende al caos se requiere la<br />
unión directa de la “combustión” de<br />
molécula de alimento con la generación de<br />
orden biológico.<br />
<strong>Metabolismo</strong><br />
Los organismos vivos son capaces de generar y mantener<br />
orden en un universo que tiende a generar un desorden<br />
creciente. Para ello tienen han de generar una corriente sin fin<br />
de reacciones químicas.<br />
<strong>Catabolismo</strong><br />
Las células obtienen la energía que necesitan de la<br />
contenida en los enlaces químicos de las molélulas<br />
orgánicas ( se oxidan las moléculas orgánicas).<br />
Al conjunto de reacciones químicas que ocurren en una célula se<br />
le denomina METABOLISMO.<br />
En el metabolismo se distinguen dos corriente opuestas de<br />
reacciones químicas:<br />
Reacciones en las que<br />
se produce la rotura de<br />
enlaces químicos<br />
generándose energía<br />
CATABOLISMO<br />
Reacciones de formación de<br />
moléculas en las que se<br />
consume energía:<br />
ANABOLISMO<br />
<strong>Oxidación</strong>-<strong>reducción</strong><br />
• <strong>Oxidación</strong>: pérdida de<br />
electrones y/o protones.<br />
Actividad 5.1<br />
Decir cuando se está produciendo una oxidación y cuando una <strong>reducción</strong><br />
Fe 2+ Fe 3+<br />
• Reducción: ganancia de<br />
electrones y/o protones.<br />
Cl Cl -<br />
CH 3 CH 2 OH (etanol)<br />
CH 3 CHO (acetaldehído)<br />
CH 2 =CH 2 (eteno)<br />
CH 3 CHO (acetaldehído)<br />
CH 3 COOH (acetaldehído)<br />
CH 3 CH 3 (etano)<br />
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<strong>Oxidación</strong> en un solo paso<br />
Papel +O 2<br />
Cenizas + CO 2 + Calor<br />
Reacción de oxidación: Son<br />
reacciones enérgicamente favorables<br />
S<br />
P<br />
Las células extraen la energía de las<br />
biomoléculas mediante un proceso<br />
gradual de oxidación o combustión<br />
controlada.<br />
Gs>Gs<br />
∆G
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Cada enzima tiene una forma característica que contiene un lugar activo:<br />
lugar de la enzima que se acopla a un sustrato determinado.<br />
Al final de la reacción la enzima está inalterada dispuesta a catalizar otra<br />
reacción.<br />
Coenzimas<br />
Grupos prostéticos: Además de unir a sus sustratos,<br />
los lugares activos de muchas enzimas ligan otras pequeñas<br />
moléculas que participan en la catálisis<br />
Pequeñas moléculas: O2, Fe, etc.<br />
Pequeñas biomoléculas<br />
llamadas coenzimas: NAD+,<br />
vitaminas,etc.<br />
Mecanismo de actuación<br />
enzimática:<br />
1) Se forma un complejo: enzimasubstrato<br />
o substratos.<br />
2) Se une la coenzima a este<br />
complejo.<br />
productos<br />
sustrato<br />
Las enzimas son muy específicas o selectivas: sólo se unen a un tipo de sustrato.<br />
De esta manera en una célula se producirán en un momento determinado unas rutas<br />
metabólicas u otras dependiendo del tipo de enzimas que estén activas en ese<br />
momento<br />
3) Los restos de los aminoácidos<br />
que configuran el centro activo<br />
catalizan el proceso. Para ello<br />
debilitan los enlaces<br />
necesarios para que la<br />
reacción química se lleve a<br />
cabo a baja temperatura y no<br />
se necesite una elevada<br />
energía de activación.<br />
4) Los productos de la reacción<br />
se separan del centro activo y<br />
la enzima se recupera intacta<br />
para nuevas catálisis.<br />
5) Las coenzimas colaboran en el<br />
proceso; bien aportando<br />
energía (ATP), electrones<br />
(NADH/NADPH) o en otras<br />
funciones relacionadas con la<br />
catálisis enzimática<br />
Enzima<br />
Enzima inactiva<br />
Centro activo<br />
Coenzima<br />
Regulación de la actividad enzimática. Regulación<br />
alostérica<br />
1. Inhibición por retroalimentación<br />
sustrato<br />
Inhibición competitiva<br />
inhibidor<br />
S<br />
P<br />
E -<br />
2. Modificaciones covalentes: Fosforilación.<br />
Enzimas que catalizan reacciones de<br />
fosforilación son quinasas y de desfosforilación,<br />
fosfatasas<br />
Enzima<br />
Sin inhibidor<br />
Enzima<br />
con inhibidor<br />
Los inhibidores competitivos son sustancias, muchas veces similares químicamente a los<br />
sustratos, que se unen al centro activo impidiendo con ello que se una el sustrato. El<br />
proceso es reversible y depende de la cantidad de sustrato y de inhibidor, pues ambos<br />
compiten por la enzima.<br />
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sustrato<br />
Inhibición no competitiva<br />
sustrato<br />
Inhibición alostérica.<br />
No se produce la<br />
catálisis<br />
Enzima activa<br />
Enzima<br />
Enzima<br />
Sin inhibidor<br />
Sin inhibidor<br />
Con inhibidor<br />
inhibidor<br />
Los inhibidores no competitivos son sustancias que se unen a la enzima en lugares<br />
diferentes al centro activo alterando la conformación de la molécula de tal manera que,<br />
aunque se forme un complejo enzima-sustrato, no se produce la catálisis. Este tipo de<br />
inhibición depende solamente de la concentración de inhibidor.<br />
Los inhibidores alostéricos<br />
se unen a una zona de la<br />
enzima y cambian la<br />
configuración del centro<br />
activo de tal manera que<br />
impiden que el sustrato<br />
se pueda unir a él.<br />
Enzima inactiva<br />
con inhibidor<br />
inhibidor<br />
envenenadores<br />
activadores<br />
productos<br />
sustrato<br />
sustrato<br />
envenenador<br />
Enzima inactiva<br />
Enzima activa<br />
Enzima<br />
activador<br />
Los envenenadores son sustancias que se unen al centro activo mediante enlaces<br />
fuertes en un proceso irreversible, con lo que impiden de manera definitiva la catálisis.<br />
Los activadores se unen al centro regulador, cambian la configuración del centro activo,<br />
que hasta ese momento estaba inactivo y desencadenan la catálisis enzimática.<br />
En la célula existen enzimas que acoplan<br />
directamente reacciones enérgicamente<br />
favorables con reacciones enérgicamente<br />
desfavorables.<br />
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∆G= -7,3 kcal/mol<br />
H2O<br />
H2O<br />
H2O<br />
H2O<br />
Obtención de energía a partir de los<br />
alimentos<br />
• El cerebro sólo obtiene su energía de la<br />
glucosa.<br />
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La formación de ATP a partir de glucosa, en la<br />
célula, ocurre en dos etapas:<br />
1ª en el citoplasma: Glicólisis (10 reacciones)<br />
2ª en la mitocondria: Ciclo de Krebs y<br />
fosforilación oxidativa.<br />
Citoplasma:<br />
Glicólisis<br />
Mitocondria: Respiración celular<br />
Matriz Mitocondrial: Ciclo de Krebs<br />
Muchos de los intermediarios del ciclo de Krebs son<br />
precursores de neurotransmisores y hormonas.<br />
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Cresta mitocondriales (membrana interna): Fosforilación oxidativa<br />
CH3-CO-COOH<br />
2H 2H 2H 2H<br />
NADPH<br />
H +<br />
e - Flav.<br />
NADP + CQ e -<br />
H + Cb<br />
Cc<br />
e -<br />
H +<br />
Ca<br />
2H + + 1/2 O2<br />
H 2 O<br />
La Cadena Respiratoria partiendo del NADH (animación)<br />
La Cadena Respiratoria partiendo del FADH 2 (animación)<br />
+<br />
+<br />
NADH<br />
e e<br />
+<br />
NAD +<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
e e<br />
+<br />
+<br />
+<br />
3ADP<br />
3ATP<br />
+<br />
+<br />
FADH 2<br />
e e<br />
+<br />
FAD<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
e e<br />
+<br />
+<br />
2ADP<br />
+<br />
2ATP<br />
Comp. I<br />
e e<br />
Comp. II<br />
e e<br />
Cit e e C<br />
Comp.III<br />
Comp. I<br />
Comp. II<br />
e e<br />
Cit e e C<br />
Comp.III<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
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+<br />
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+<br />
+<br />
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